Efecto fotoelcetrico

Efecto fotoeléctrico

Antecedentes.

Maxwell, entre 1864 y 1873, resumió en cuatro fórmulas matemáticas toda la electricidad y el magnetismo y señaló que el campo electromagnético era una onda que viajaba a la misma velocidad de la luz (velocidad que dedujo de magnitudes eléctricas y magnéticas:[pic])
La conclusión de que la luz era un fenómeno electromagnético indujo a los experimentadoresa buscar el efecto de la luz sobre los fenómenos eléctricos.
En 1887, Hertz, y más tarde Hallwachs, realizaron el siguiente experimento. Colocaron una placa de cinc en un electroscopio al que iluminaba con la luz procedente de la chispa que saltaba en un arco voltaico y observaron lo siguiente:
❑ Si el electroscopio y la lámina de cinc estaban cargados negativamente, se descargaban aliluminarlos ( se juntaban las láminas del electroscopio).
❑ Si el electroscopio y la lámina de cinc estaban cargados positivamente no se descargaba al iluminarlo.
❑ Si estaba cargado negativamente y se interpone una cristal entre el arco y la lámina de Zn, no se produce descarga aunque aumentara la intensidad de la luz.

Explicar estos hechos aplicando la teoría de la mecánica clásica [1]sobre lasondas luminosas es imposible.
Una posible explicación-resumen en aquel momento (final del siglo XIX) sería: “La luz es capaz de extraer los electrones cuando hay exceso de ellos sobre el metal (cargado negativamente). Si el electroscopio está cargado positivamente puede que la luz extraiga algunos electrones pero no logra arrancarlos y alejarlos de la placa y vulven a caer en ella, por tanto lacarga del electroscopio no varía. El cristal absorbe la luz ultravioleta y al interponerlo entre la luz y la lámina del electroscopio absorbe la componente más energética de la radiación y por ello la radiación que queda no puede extraer electrones”.
La explicación aportada por la teoría de la mecánica clásica sería: La energía de una onda está repartida sobre el frente de onda y esproporcional al cuadrado de la amplitud y de la frecuencia ( dE = ½ dm V2 = ½ ·4(r2v·dt· w2A2 =½ ·4(r2v·dt· (2(()2· A2 ). La Intensidad ( E / t·área) también mantiene la misma proporcionalidad).
La luz incidente aporta una cantidad de energía sobre la superficiede de la placa tanto mayor cuanto más potente sea el foco o mayor el número de focos, pero aunque esta energía aumente mucho, si no esde la calidad adecuada (frecuencia adecuada), no es capaz de arrancar electrones. Además el cristal interpuesto no evita que llegue una gran cantidad de energía, ya que sólo retiene alguna (el cristal no se calienta hasta fundirse). A más tiempo de exposición a la radiación más energía incidente y al final se produciría la extracción repentina de todos los electrones. Pero esto no sucede.La T. Clásica no encuentra explicación y lo más que puede decir es que la extracción no depende “sólo” de la intensidad (I) de la luz incidente.
Si el campo eléctrico -E- de la onda electro-magnética (E equivale a Amplitud) fuera responsable de la extracción, tendríamos que pensar que al incrementar la intensidad de la radiación la energía cinética de los electrones extraídos también seincrementaría ( I( |E|2 ). Como no es así , hay que buscar otra teorías que expliquen el fenómeno.
En 1902, Lenard ralizó una experiencia similar a la realizada por Thomson y observó quehay un potencial de corte de emisión que es independiente de la intensidad de la luz que incide. Duplicando la intensidad, solo se duplica el número de electrones extraídos, pero no su energía.
Einsteinexplica que la luz privada de las radiaciones de mayor frecuencia, las más energéticas, absorbidas por el cristal interpuesto (ver el primer ejemplo) no es capaz de arrancar los electrones. No es tanto la cantidad de energía que llega a la superficie del metal, como la calidad de esa energía – es necesario que lleguen unos fotones muy energéticos-
Nota curiosa.- Hertz realiza la producción y...